航空发动机变循环

航空发动机变循环传统的航空涡轮发动机的热力循环特性是固定的，一台发动机只能工作在一种模式，并且只在有限的飞行范围内性能最佳。高级可变循环发动机（Variable   cycle   engine, VCE）它是不同的，它是一个多设计点发动机，通过改变一些零件的几何形状、尺寸或位置，以调整其热循环参数（如增压比、涡轮进口温度、空气流量和旁通比）改变发动机循环工作模式（高推力或低油耗）从而使发动机在各种飞行条件下都能以最佳状态工作。同时，可变循环发动机可以在多种模式下运行（包括涡轮模式、涡扇模式和冲压模式等）功，所以在亚音速下、跨声速、在超音速和高超音速飞行条件下具有良好的性能。

www.qwbaike.cn

可变循环发动机是指通过改变发动机某些部件的几何形状来实现的发动机、尺寸或位置，以实现燃气涡轮发动机的不同热循环。 www.qwbaike.cn

使用可变循环来改变发动机循环参数，例如压力增加比、涡轮前温度、空气流量和涵道比可以使发动机在各种工况下都有良好的性能。

www.qwbaike.cn

在涡喷/对于涡扇发动机，研究的重点是改变涵道比，如发动机爬升、加速和超音速飞行时涵道比降低，接近涡喷发动机的性能，从而增加推力；起飞和亚音速飞行时，增加涵道比，工作在涡扇发动机状态，降低油耗和噪音。

在涡轴发动机中，主要研究可调面积涡轮，以改变发动机的空气流量，降低部分功率时的燃油消耗。

提高飞机发动机技术的核心在于如何提高——的燃油效率。喷气式飞机的原理是空气被吸入发动机与燃油混合加热，然后高温高压气体向后喷出根据牛顿 根据第三定律，飞机可以获得一个反推力。但是这种高温高压的气体本身就有很大的能量，也就是说这种能量是白白浪费的，但是有时候为了机动性不得不这么做以前飞机往往是涡喷，只能工作在涡喷模式，涡扇只能工作在涡扇模式。在飞机航行的整个过程中，往往有很多距离不需要使用这种高油耗的工作模式。接近战场时，为了迎敌，需要高速机动，机动空战需要跨音速飞行模式。所以变循环发动机就是把这三种模式结合起来，进行合理规划，达到最佳使用效果。 www.qwbaike.cn

发动机一般以此为进气道——，压气机——，燃烧室——，涡轮——，喷嘴从前到后。对应的过程是进气——空气压缩增压——空气混合燃烧——涡轮旋转——尾部弹射和做功。变循环发动机采用涡扇系统，将气流分为三个涵道，但三个涵道可以改变大小和口径，通过组合搭配达到最佳工作模式需要经济巡航时，向下调节两个调节板，阻挡气流通过燃烧室，使发动机工作在螺旋桨模式当需要跨音速机动时，调节板1向下向上，形成涡扇发动机。当要执行超音速巡航时，调节板1、两者都是向上的，是涡轮喷气发动机。如果发动机使用任务规划系统，它也可以使用计算机来规划发动机 的行动模式，根据不同的任务，以达到最佳的运作效率。

www.qwbaike.cn

这种措施看似简单，但在工程上实施起来非常困难发动机在高温高压极高转速下工作时，最好不要有任何结构上的变化，否则会造成发动机零部件的损坏，导致发动机的安全问题挡板的偏差还会带来气流的瞬间畸变，导致发动机工作不稳定甚至停机。根据研发该技术的GE公司在官网的宣传资料，使用该技术后，在相同燃料下，飞机的滞空时间可增加50%，航程增加33%，减少25%油耗率达到了60%的燃油热吸收率。

www.qwbaike.cn

美国

20世纪70年代，美国开始加强军用变循环发动机的研究。GE公司从YJ101到GE21开发了第一代变循环验证机、GE33，后来的YF120，以及可控压比发动机等一系列变循环预研验证机。特别是YF120还参与了美国第四代动力的评选，是世界 美国第一台经飞行验证的战斗机可变循环发动机。YF120在F-22项目竞争失利后，常规循环涡扇发动机F136就是由其核心发动机衍生出来的。 www.qwbaike.cn

2011年，美国海军已经开始了变循环发动机技术项目的研发，未来将装备F/A-18E/F“超级大黄蜂”的替代机型。

2012年11月，通用电气（GE）普拉特公司惠特尼收到了超过6.价值8亿美元的演示验证了变循环战斗机发动机合同，该合同由美国空军研究实验室授予（AFRL）基于的自适应引擎技术的研究与开发（AETD）在项目支持下，自适应风扇发动机验证机将于2013年进行测试。

www.qwbaike.cn

中国

中国发动机发展是第一代生产、研制一代、预研一代、探索一代。据AVIC发动机副总裁张健介绍，中国发动机发展的技术目标时间表已经排到了2030年。 www.qwbaike.cn

从航空工业的发展来看，中国航空工业的意义美国证实变循环发动机的研究已经开始，一方面，这意味着中国的科研管理和计划美国的航空动力发展更加科学合理，符合航空工业产品发展的客观规律，更加注重基础科研和预研，而不是等待具体型号要求才开始科研，导致研制周期较长、风险大、成本高；另一方面，这也意味着中国的发展速度将会加快美国的航空动力发展已逐渐赶上美国等西方航空强国，在常规循环发动机发展卓有成效的情况下，积极开展新循环发动机的基础研究，对保持中国航空动力的可持续发展具有重要价值赶上世界最先进水平。根据中国空军未来型号发展对航空发动机的需求，类似YF120的变循环涡扇发动机可以提供更大的高度、高速推力可以有效提高作战飞机的巡逻、拦截能力可以同时提供更经济的中低空、亚音速耗油率显然有助于提高作战飞机的经济性。从民航客机的未来发展来看，未来的洲际超音速客机也需要变循环发动机来提供持续的超音速飞行能力，亚音速客机对单位油耗相当敏感，因为这关系到民航公司的运营成本。因此，中国正在从事变循环发动机的研究、军事、商业价值非常巨大，可以有效提升中国 美国的综合国力和竞争力。

www.qwbaike.cn

自适应发动机是国外正在开发的一种先进的变循环发动机。国外研究的变循环发动机方案主要有单旁路、双涵道、串联/并联式选择性放气可变循环和其他类型。目前国外正在研制带第三旁路的自适应发动机（AdaptiveVariableCycleEngine，降临节）其技术特点是第三风道内气流温度低，可以用来提取更多的功率，实现更好的热管理，还可以降低安装阻力，提高进气总压恢复，降低排气温度，减少红外信号。这不仅能为未来的军用和民用飞机带来飞行时间、航程、在速度和隐身上有很大的收获，并且可以同时满足传感器的需求、武器和通信设备对发动机功率提取的更高要求。空军研究实验室（AFRL）据预测，自适应发动机的燃油效率将比F135发动机高出25%，可以将飞机的作战半径增加25%~30%，电池寿命增加了30%~40%可以满足下一代战斗机的需求、轰炸机、战术战机、超音速客机高超音速飞机等多种军民飞行平台的动力需求是目前世界航空发动机领域的发展重点。